Диссертация (1149530), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Структуры ПП на подложках из Si на первых этапах синтезаОптимизированноенач. приближениеnd, λ/456ФункциякачестваF7Критерийустойчивости∑k (∆Fk / ∆dk)80.955118.0670.917113.049В таблице 5.2.2 представлены эквивалентные конструкции с различнымчислом слоев. При переходе к окончательной (рабочей) структуре соседние слоимогут оказаться из одного материала. В этом случае они объединяются в одинслой. В качестве эквивалентной нами была использована структура LHL для 6-тислойной и для 7-ми слойной структуры.124Таблица 5.2.2. Эквивалентные конструкции с различным числом слоевКол-вослоев1№слоя27- ми слойная структура6- ти слойная структура1Оптимизированноеначальноеприближениеnd, λ/4343.246Эквивалентные структурыматериал5d, λ/46материал7d, λ/480.356ZnSeGeZnSe0.8331.5380.833ZnSeGe0.8331.5381.2081.1271.208ZnSeGe22.9090.394ZnSeGeZnSe32.4480.465ZnSe4.181ZnSe5.38941.9750.5721.2322.6811.5760.6751.2322.6811.2322.7420.5952.742BaF0.98Mg0.02F2ZnSe5BaF0.98Mg0.02F2ZnSeBaF0.98Mg0.02F2BaF0.98Mg0.02F2ZnSeBaF0.98Mg0.02F261.3500.948BaF0.98Mg0.02F28.534BaF0.98Mg0.02F211.2713.5560.8762.8132.2623.4010.327GeZnS3.7141.13633.0350.3722.8132.2622.2130.9011,1360.9010.6322.0860.632GeZnS2GeZnSGeGeZnSGeGeZnSGeGeZnS1.5332.08642.5330.447ZnS4.022GeZnS0.6326.05552.0190.560ZnSBaF0.98Mg0.02F2 ZnS2.0330.9722.033BaF0.98Mg0.02F2ZnSe0.9722.4090.3765.3160.376BaF0.98Mg0.02F2ZnS8.507BaF0.98Mg0.02F261.5920.674ZnSBaF0.98Mg0.02F2 ZnS71.3500.945BaF0.98Mg0.02F2BaF0.98Mg0.02F2ZnSe2.0411.1273.9740.5955.3160.3768.507125В таблице 5.2.3 приведены окончательные конструкции ПП на основе пленок Ge,ZnSe или ZnS, BaF0.98Mg0.02F2 и рассчитаны функция качества и критерийустойчивости для каждой из них.Таблица 5.2.3.Конструкции ПП на основе пленок Ge, ZnSe или ZnS,BaF0.98Mg0.02F2№ слоя1213-ти слойное покрытие10- ти слойное покрытиеПокрытиеОптимизированное эквивалентноепокрытиематериалd, λ/4341ZnSe0.1002Ge0.1163ZnSe0.2244Ge0.10056ZnSeBaF0.98Mg0.02F20.1000.1007ZnSe0.3748BaF0.98Mg0.02F20.2939ZnSe0.14710BaF0.98Mg0.02F20.9701Ge0.12ZnS0.2073Ge0.1574ZnS0.2805Ge0.2766ZnS0.6837Ge0.2248ZnS29BaF0.98Mg0.02F20.82110ZnS0.49911BaF0.98Mg0.02F21.00312ZnS0.113BaF0.98Mg0.02F22.0ФункциякачестваF5Критерийустойчивости∑k (∆Fk / ∆dk)65.3191041.534.409850.343126Функция качества и критерий устойчивости характеризуют отклонениенайденного решения от заданных спектральных характеристик.
Чем функциякачества меньше, тем спектральные характеристики найденного решения ближе ктребуемым. Чем ниже критерий устойчивости, тем менее чувствительнаструктура покрытия к ошибкам в толщинах слоев.На рис.5.2.1 и рис. 5.2.2 приведены спектральные характеристикиначальногоприближенияиреальнойструктуры(оптимизированнойэквивалентной структуры).Из полученных результатов видно, что спектральные характеристикиначальнойструктурыпочтисовпадаютсоструктурой,вкоторыхнесуществующие в природе показатели преломления заменялись эквивалентнымислоями(реальносуществующихматериалов).Полученныеспектральныехарактеристики не совпадают со спектральными характеристиками базовыхструктур в областях 3.0-3.6 мкм и более 9 мкм.
Это обусловлено имеющимся вэтих областях поглощением.Рис.5.2.1. Спектральные характеристики начальной 6-ти слойнойструктуры и оптимизированной эквивалентной структуры для 10-ти слойногопокрытия127Рис.5.2.2. Спектральные характеристики начальной 7-ти слойнойструктуры и оптимизированной эквивалентной структуры для 13-ти слойногопокрытияНа рис.
5.2.3 и рис. 5.2.4 приведены гистограммы устойчивостиоптимизированных эквивалентных структур по слоям с ошибкой в толщине 0.1λ0.Из рис. 5.2.3 и рис. 5.2.4 видно, что в среднем устойчивость отдельных слоев для13-ти слойной структуры выше, чем для 10-ти слойной. Кроме того, в 10-тислойной структуре существует слой (пятый), ошибка в котором может сильносказаться на конечном результате.Десятислойное покрытие было реализовано на практике на предприятииОАО «НИИ «Гириконд».На рис. 5.2.5приведены экспериментальный итеоретический (синтезируемое покрытие, представленное в таблице 5.2.2)спектры пропускания и отражения от двух граней подложки с нанесенными ПП.При расчетах учитывалось поглощение, как в подложке, так и в пленке.Из рис. 5.2.5 видно, что отличие спектров,расчетной структурыотреализованной, на наш взгляд, объясняется избыточным поглощением вкомбинацииреализованнойпленкиBaF0.98Mg0.02F2-ZnSe.Механизмом128избыточного поглощения является взаимная диффузия материалов пленок друг кдругу при напылении.Рис.
5.2.3. Гистограмма устойчивости по слоям с ошибкой в толщине 0.1λ0для 10-ти слойного покрытияРис. 5.2.4. Гистограмма устойчивости по слоям с ошибкой в толщине 0.1λ0для 13-ти слойного покрытия129Рис. 5.2.5. Спектры синтезированного и реализованного покрытий на основепленок Ge, ZnSe, BaF0.98Mg0.02F2 на подложке SiВзаключениеотметим,чторассмотреннаяметодикасинтезапросветляющих покрытий на основе эквивалентных слоев позволяет получатьреализуемые на практике покрытия с минимальным числом слоев. На основепредложеннойметодики были синтезированы просветляющие покрытия дляподложки из кремния.
Покрытия анализировалисьна устойчивость и быливыявлены слои, наиболее критичные к ошибкам в толщине. На практике былореализовано 10-ти слойное покрытие со средним отражением от однойповерхности менее 3% в диапазоне спектра 2-12 мкм.5.3. Просветляющие покрытия на германииГерманий (Ge) – один из наиболее широко применяемых оптическихматериаловдля ИК области,которыйобладаетвысокимпоказателемпреломления.
На поверхность оптики из германия может быть нанесено130антиотражающее покрытие в виде алмазной пленки, которое позволяет сделатьоптическую поверхность очень твердой и жесткой.Область прозрачности Ge лежит в диапазоне от 2 до 20 мкм, пропусканиепосле 14 мкм падает. В соответствие с этим просветляющиегерманиипокрытия набывают различных типов: одноволновые (на одну длину волны),полосовые (на небольшой спектральный диапазон N max min, т.е. N=2) иminширокополосные ( N=3 - 7).Рассмотрим проектирование просветляющего покрытия для диапазонаспектра 2-12 мкм с внедрением полученной смесиY0.67Ba0.33F2.67. Процедурасинтеза аналогична, как и в пункте 5.2. В указанномдиапазоне спектрасинтезировалось и реализовывалось широкополосное (ахроматичное) покрытие вобласти 2-12 мкм, в котором Ge имеет малое поглощение.В таблице 5.3.1 представлена структура просветляющего покрытия для 7мислоев на первых этапах конструирования, а также рассчитаны функциякачества и критерий устойчивости.Таблица 5.3.1.
Структура ПП на подложке из Ge на первых этапах синтеза№слоя12Начальноеприближениеnd, λ/43413.613.8366.70923.213.6131.15832.813.1771.13942.412.6131.1375212.0561.13161.611.6051.07671.3511.3501.2717-ми слойная структураКол-вослоевОптимизированноенач. приближениеnd, λ/456ФункциякачестваF7Критерийустойчивости∑k (∆Fk / ∆dk)80.904141.592131На следующем этапе синтеза пленки, показатели преломления, которых неимелись в базе данных, заменялись на трехслойные структуры(Ge, ZnS,Y0.67Ba0.33F2.67) с показателями преломления большими и меньшими, чемтребуемые. На последнем этапе после замены на эквивалентные структурыпроводилась оптимизация по толщинам.
Кроме того, некоторые слои сразуменялись на однослойные пленки с близкими показателями преломления. Послеэтого снова проводилась оптимизация полученного покрытия. Окончательнаяконструкция представлена в таблице 5.3.2.Таблица 5.3.2. Конструкции ПП на основе пленок Ge, ZnS, Y0.67Ba0.33F2.67№ слоя1212- ти слойное покрытиеПокрытиеОптимизированноеэквивалентное покрытиематериалd, λ/4341ZnS0.1152Ge0.5493ZnS0.1634Ge0.24356ZnSGe0.1680.3587ZnS0.5178Ge0.2229ZnS1.40310Y0.67Ba0.33F2.670.50011ZnS0.25912Y0.67Ba0.33F2.671.357ФункциякачестваF5Критерийустойчивости∑k (∆Fk / ∆dk)63.643928.257На рис.
5.3.4 представлен спектр оптимизированного эквивалентногопокрытия на основе пленок Ge, ZnS, Y0.67Ba0.33F2.67. Толщины указаны в доляхλ0/4, где λ0 =3.5 мкм (опорная длина волны при расчете на нашей программе).132Рис. 5.3.4. Спектр оптимизированного эквивалентного покрытияна основе пленок Ge, ZnS, Y0.67Ba0.33F2.67 на подложке GeНа рис. 5.3.5 приведено реализованное покрытие, которое изготавливалосьв ООО «ТИДЕКС».
Оно с точностью 2% совпадает с синтезированнымпокрытием. Небольшие отличия обусловлены ошибками в толщинах слоев приизготовлении. Полученное покрытие является широкополосным просветляющимпокрытием с пропусканием от двух сторон более 95%. Оно обладает высокоймеханическойпрочностью(перваягруппа)ихимическойстойкостью.Синтезированные покрытия приведены в таблице 5.3.3.Дополнительнопроводилсясинтезиизготовлениеахроматическихпросветляющих покрытий для диапазонов спектра 3-5 мкм и 7-12 мкм на основепленок SiO, Ge и ZnSe, которые имеют нулевую группу прочности, напредприятии ОАО НИИ «Гириконд».На рис.
5.3.6представлены спектры синтезированного покрытия иреализованного для диапазона 3-5 мкм на основе пленок SiO и Ge.На рис. 5.3.7 представлены спектры синтезированного покрытия иреализованного для диапазона 7-12 мкм на основе пленок ZnSe, SiO и Ge.133Рис. 5.3.5. Спектр реализованного покрытия на основе пленокGe, ZnS, Y0.67Ba0.33F2.67 на подложке GeТаблица 5.3.3. Синтезированные покрытия для диапазонов 3-5 мкм и 7-12 мкм,толщины указаны в долях λ0/4, где λ0 =4мкм (опорная длина волны при расчете нанашей программе).№ слоя11234567Оптимизированное эквивалентноепокрытие для диапазона 3-5 мкмматериалd, λ/423SiO20Ge0.43SiO0.69Ge0.26SiO0.51Ge2SiO0.94Оптимизированное эквивалентноепокрытие для диапазона 7-12 мкмматериалd, λ/456ZnSe0.92Ge0.69SiO2.56-134Рис. 5.3.6.
Спектры реализованного и синтезируемого покрытия на основе пленокSiO и Ge на подложке Ge в диапазоне 3-5 мкмРис. 5.3.7. Спектры реализованного и синтезируемого покрытия на основе пленокZnSe, Ge и SiO на подложке Ge в диапазоне 7-12 мкм135Спектры реализованного и синтезируемого покрытия, представленные нарис. 5.3.6 и 5.3.7 С точностью до5% они совпадают со спектрамисинтезированных покрытий. Небольшие отличия обусловлены ошибками втолщинах слоев при изготовлении покрытия.Полученноепокрытиеявляетсяширокополоснымпросветляющимпокрытием с пропусканием от двух сторон более 95%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
